閆 霞 安 軍

（北京市第一0 一中學(xué) 北京 100091）

1 教材分析

人類對(duì)減數(shù)分裂的發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)，為理解遺傳物質(zhì)的傳遞規(guī)律奠定了細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)。減數(shù)分裂的內(nèi)涵包括：1）減數(shù)分裂是有性生殖的生物在產(chǎn)生精子和卵細(xì)胞時(shí)進(jìn)行的染色體數(shù)量減半的細(xì)胞分裂。減數(shù)分裂過(guò)程中，染色體只復(fù)制1 次，細(xì)胞連續(xù)分裂2 次；2）由于減數(shù)分裂過(guò)程中染色體的特殊行為產(chǎn)生了極其多樣的配子類型，這有利于有性生殖的生物在自然選擇中進(jìn)化。19世紀(jì)末魏斯曼預(yù)言了生殖細(xì)胞的形成過(guò)程應(yīng)該是一個(gè)特殊的減數(shù)分裂過(guò)程，他的假說(shuō)被后來(lái)大量的實(shí)驗(yàn)觀察所印證。

減數(shù)分裂歷來(lái)是教學(xué)的難點(diǎn)，學(xué)生很難理解減數(shù)分裂過(guò)程中染色體的復(fù)雜行為，特別是對(duì)“同源染色體”概念的建立存在困難。

本教學(xué)設(shè)計(jì)有2 條主線：1）精選減數(shù)分裂發(fā)現(xiàn)史中的4 個(gè)關(guān)鍵素材，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，模擬科學(xué)家工作，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷假說(shuō)-演繹的科學(xué)探究過(guò)程，通過(guò)觀察、歸納、概括、推理和建模等方法，認(rèn)識(shí)同源染色體，并清晰減數(shù)分裂的概念。在這一過(guò)程中培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維，在思考中建立概念。這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)指向發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。2）用“對(duì)減數(shù)分裂價(jià)值的思考”貫穿教學(xué)始終。從一開(kāi)始單元核心問(wèn)題的導(dǎo)入就有意引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注配子多樣性的問(wèn)題，再到學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)素材的分析，使學(xué)生在學(xué)習(xí)減數(shù)分裂過(guò)程染色體行為變化時(shí)不斷感悟這種變化對(duì)配子多樣性產(chǎn)生的意義。這樣的設(shè)計(jì)目的在于滲透生命觀念中的進(jìn)化適應(yīng)觀。

2 教學(xué)目標(biāo)

1）通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生提出假說(shuō)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，構(gòu)建減數(shù)分裂的概念，培養(yǎng)科學(xué)探究能力（科學(xué)探究、科學(xué)思維）。

2）通過(guò)圖解構(gòu)建減數(shù)分裂過(guò)程中染色體變化的模型，使學(xué)生感悟觀察、假說(shuō)、質(zhì)疑、推理、建模等方法在科學(xué)研究中的重要作用（科學(xué)思維）。

3）初步解釋配子具有多樣性的原因，理解有性生殖產(chǎn)生的變異在進(jìn)化中的作用（進(jìn)化適應(yīng)觀）。

3 教學(xué)重、難點(diǎn)

1）重點(diǎn)：減數(shù)分裂過(guò)程中染色體的行為；減數(shù)分裂的概念。

2）難點(diǎn)：同源染色體概念；減數(shù)分裂過(guò)程中染色體的行為；配子多樣性的原因。

4 教學(xué)過(guò)程

4.1 創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題 有性生殖的生物個(gè)體在其發(fā)育過(guò)程中，細(xì)胞要經(jīng)過(guò)有絲分裂和細(xì)胞分化的過(guò)程。如果該個(gè)體成年后，其產(chǎn)生的精子或卵細(xì)胞是通過(guò)有絲分裂形成的，精、卵結(jié)合形成受精卵時(shí)，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？這一問(wèn)題使學(xué)生體會(huì)精子、卵細(xì)胞中染色體數(shù)目必須減半，否則親子代體細(xì)胞中的染色體數(shù)目就不能恒定。教師介紹：在精子、卵細(xì)胞的形成過(guò)程中，必然有一個(gè)特殊過(guò)程使染色體數(shù)目減半，這個(gè)特殊的過(guò)程叫減數(shù)分裂。接著提問(wèn)：一對(duì)夫妻生了多個(gè)孩子，為什么每個(gè)孩子長(zhǎng)得都不相同？引導(dǎo)學(xué)生想到人類產(chǎn)生的精子和卵細(xì)胞具有多樣性。即減數(shù)分裂要完成2 個(gè)任務(wù)，一個(gè)是使染色體數(shù)目減半，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)配子多樣性。

提出本節(jié)課的核心問(wèn)題：在形成配子的過(guò)程中，如何實(shí)現(xiàn)染色體數(shù)目減半，同時(shí)還能產(chǎn)生多樣性的配子？

4.2 利用假說(shuō)－演繹法構(gòu)建減數(shù)分裂的定義 學(xué)生分組討論分析減數(shù)分裂產(chǎn)生的配子中的染色體數(shù)目為什么只有體細(xì)胞的一半？（提示可以與有絲分裂相比，復(fù)制1 次分裂1 次）。學(xué)生提出的假說(shuō)1：細(xì)胞直接分裂1 次；假說(shuō)2：染色體復(fù)制1 次，細(xì)胞連續(xù)分裂2 次。

表1 不同生物體細(xì)胞中染色體數(shù)目

出示不同生物中染色體數(shù)目表（表1），引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假說(shuō)，要求說(shuō)出選材原則和實(shí)驗(yàn)步驟。

總結(jié)選材原則：簡(jiǎn)單（染色體條數(shù)少），材料易得，最后在多個(gè)物種中研究，得到普適規(guī)律?？茖W(xué)家一般選擇模式生物為實(shí)驗(yàn)材料，讓學(xué)生感受到實(shí)驗(yàn)材料在科學(xué)研究中的重要性。

史料1：鮑威爾在1887年首次觀察到了馬蛔蟲(chóng)減數(shù)分裂的過(guò)程，發(fā)現(xiàn)馬蛔蟲(chóng)的一個(gè)原始生殖細(xì)胞經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂后產(chǎn)生4 個(gè)細(xì)胞。

根據(jù)史料1 學(xué)生認(rèn)識(shí)到細(xì)胞一定是分裂了2次，即假說(shuō)2 正確。師生共同總結(jié)減數(shù)分裂的定義。此環(huán)節(jié)可以讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)探究和分組合作的樂(lè)趣。

4.3 精子形成過(guò)程及精子多樣性的原因

問(wèn)題：以精子形成過(guò)程為例，研究精原細(xì)胞（圖1）是如何分裂成精細(xì)胞的？

圖1 精原細(xì)胞

4.3.1 同源染色體概念的建立

史料2：1891年亨金首次正確描述了減數(shù)分裂的過(guò)程，他觀察某種蝽（2n=24）時(shí)發(fā)現(xiàn)：在減數(shù)第一次分裂時(shí)，染色體開(kāi)始呈現(xiàn)一種環(huán)狀，共有12 個(gè)環(huán)狀物。

圖2 配對(duì)的染色體圖［1］

提問(wèn)：在減數(shù)第一次分裂過(guò)程中，難道細(xì)胞還沒(méi)有分裂成2 個(gè)，染色體數(shù)目就減半了？

引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出每個(gè)環(huán)狀物很可能是一對(duì)染色體，減數(shù)第一次分裂時(shí)染色體兩兩配對(duì)了。出示環(huán)狀物放大圖及模式圖。

引導(dǎo)學(xué)生分析圖2 得出同源染色體的概念。告訴學(xué)生人有23 對(duì)染色體（圖3），就是指有23對(duì)同源染色體。其中包括22 對(duì)常染色體和1 對(duì)性染色體，XY 代表男性，XX 代表女性。XY 是一對(duì)特殊的同源染色體。讓學(xué)生分析Y 和X 的來(lái)源。

學(xué)生能深刻理解同源染色體中的2 條染色體一條來(lái)自父方一條來(lái)自母方，大小形態(tài)一般都相同?；诳茖W(xué)史，先觀察后分析的方法突破教學(xué)難點(diǎn)——同源染色體的概念。

圖3 男性的染色體核型［1］

4.3.2 認(rèn)識(shí)“同源染色體分離”出示科學(xué)家在觀察蝗蟲(chóng)減數(shù)分裂時(shí)得到的圖片（圖4）讓學(xué)生分組畫出減數(shù)第一次分裂后期的染色體行為圖。這是第2 次引導(dǎo)學(xué)生提出假說(shuō)。

圖4 蝗蟲(chóng)減數(shù)分裂［2］

總結(jié)分析學(xué)生構(gòu)建的減數(shù)第一次分裂后期模型圖（圖5），減數(shù)第一次分裂后期是同源染色體分離還是姐妹染色單體分離？引發(fā)觀點(diǎn)的沖突，科學(xué)家為此問(wèn)題也爭(zhēng)論了10 多年。直到新的研究結(jié)果的出現(xiàn)，這與實(shí)驗(yàn)材料密切相關(guān)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)雄蝗蟲(chóng)性別決定是XO，雌蝗蟲(chóng)性別決定是XX。再次讓學(xué)生感受到實(shí)驗(yàn)材料在科學(xué)研究中的重要性。

圖5 不同學(xué)生構(gòu)建的減數(shù)第一次分裂后期模型圖

史料3：科學(xué)家發(fā)現(xiàn)雄蝗蟲(chóng)（2n=23，XO 型）減數(shù)第一次分裂結(jié)束后，結(jié)果產(chǎn)生2 類細(xì)胞，一類細(xì)胞含有X 染色體，一類細(xì)胞不含性染色體。

基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)，學(xué)生通過(guò)觀察、猜想、建模、推理、模型修正，構(gòu)建概念——減數(shù)第一次分裂后期是同源染色體的分離。

4.3.3 認(rèn)識(shí)“非同源染色體自由組合”分析圖5中學(xué)生1、學(xué)生2 構(gòu)建的模型，提問(wèn)：減數(shù)第一次分裂后期移向細(xì)胞每一極的非同源染色體的組合是隨機(jī)的嗎？

史料4：1913年，Eleanor Carothers 發(fā)現(xiàn)雄蝗蟲(chóng)（2n=23，XO 型）常染色體中有一對(duì)特殊的同源染色體，其大小不等，她統(tǒng)計(jì)了300 多個(gè)細(xì)胞，X 染色體與那對(duì)大小相異的同源染色體的組合，接近1∶1。

基于對(duì)史料4 的分析討論推理，學(xué)生可以理解減數(shù)第一次分裂后期同源染色體分離的同時(shí)，非同源染色體自由組合。

教師總結(jié)減數(shù)第一次分裂過(guò)程中染色體的行為，然后提問(wèn)減數(shù)第二次分裂過(guò)程中染色體如何變化？

圖6 學(xué)生構(gòu)建的減數(shù)第二次分裂模型圖

師生共同總結(jié)減數(shù)分裂過(guò)程中染色體的行為。評(píng)價(jià)：觀察所構(gòu)建的減數(shù)分裂模式圖，嘗試解釋上課初始提出的問(wèn)題：“染色體在哪一過(guò)程減半的？配子多樣性是如何形成的？”4.4 減數(shù)分裂的價(jià)值 一對(duì)夫妻生了很多個(gè)孩子（同卵雙胞胎除外），能否出現(xiàn)完全一樣的孩子？

讓學(xué)生分析人體有23 對(duì)染色體，減數(shù)分裂過(guò)程中產(chǎn)生的精子種類223種（僅考慮同源染色體分離，非同源染色體自由組合）。

教師提升：有性生殖的生物產(chǎn)生的配子具有多樣性，加上受精過(guò)程中精卵隨機(jī)結(jié)合，同一雙親的后代必然呈現(xiàn)多樣性。這種多樣性有利于生物在自然選擇中進(jìn)化，體現(xiàn)了有性生殖的優(yōu)勢(shì)。此環(huán)節(jié)的設(shè)置是為了讓學(xué)生從進(jìn)化角度思考減數(shù)分裂，逐步形成進(jìn)化適應(yīng)觀。

5 教學(xué)反思

本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)特別關(guān)注學(xué)生的猜想，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果修正假說(shuō)（主要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力）。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，創(chuàng)新力是可以培養(yǎng)的，應(yīng)在課堂中給學(xué)生猜想的機(jī)會(huì)，而不是僅讓學(xué)生通過(guò)資料歸納總結(jié)、演繹推理，更不是直接告訴學(xué)生概念。此外，在第1 課時(shí)就談及減數(shù)分裂的價(jià)值——有利于有性生殖的生物在自然選擇中進(jìn)化，體現(xiàn)進(jìn)化與適應(yīng)觀。這是單元整體備課的必然結(jié)果。只有將生命觀念滲透在每一節(jié)課中，學(xué)生才能逐步建立生命觀念。

從課堂教學(xué)具體實(shí)施來(lái)說(shuō)，本節(jié)課暫時(shí)舍棄掉一些新的名詞，例如四分體、聯(lián)會(huì)、初級(jí)精母細(xì)胞、次級(jí)精母細(xì)胞等，極度關(guān)注染色體的行為。減數(shù)分裂過(guò)程中同源染色體的行為很重要，對(duì)于同源染色體的概念提出，本節(jié)課采取的方法是：遵循科學(xué)史，科學(xué)家在減數(shù)第一次分裂過(guò)程中觀察到12 個(gè)環(huán)狀物（該物種精原細(xì)胞中染色體數(shù)目是24條），學(xué)生可以猜到科學(xué)家看到的每個(gè)環(huán)狀物實(shí)際上配對(duì)的2 條染色體，說(shuō)明減數(shù)第一次分裂過(guò)程中染色體要兩兩配對(duì)。放大其中一個(gè)環(huán)狀物，觀察到構(gòu)成環(huán)狀物的2 條染色體大小形態(tài)基本一樣。接著解釋人體體細(xì)胞中的23 對(duì)染色體就是23 對(duì)同源染色體，期中XY 是一對(duì)特殊同源染色體，讓學(xué)生分析X 和Y 的來(lái)源，很容易想明白Y 來(lái)源于父親，X 來(lái)源于母親。通過(guò)這樣的方式突破教學(xué)難點(diǎn)——同源染色體的概念。在這一環(huán)節(jié)，學(xué)生也觀察到結(jié)成環(huán)的環(huán)狀物之間的交叉現(xiàn)象，為下一節(jié)課學(xué)習(xí)交叉互換，進(jìn)一步學(xué)習(xí)配子的多樣性埋下伏筆。